电流采样电路

电流采样电路电流采样电路第 1 页共 4 页线性光耦在电流采样中的应用摘要介绍新型精密线性光耦器件HCNR200的工作原理给出两种用HCNR200和运算放大器实现的检测电机电流的隔离传输电路并推导出其外围电阻的计算方法。HCNR200规格书如下 HCNR200.pdf 关键词线性光耦线性隔离模拟信号应用 1 引言在现代电气测量和控制中常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量如果模拟量与数字量之间没有电气隔离那么高电压、强电流很容易串入低压器件并将其烧毁。线性光耦HCNR200可以较好地实现模拟量与数字...

电流采样电路第 1 页共 4 页线性光耦在电流采样中的应用摘要介绍新型精密线性光耦器件HCNR200的工作原理给出两种用HCNR200和运算放大器实现的检测电机电流的隔离传输电路并推导出其外围电阻的计算方法。HCNR200规格书如下 HCNR200.pdf 关键词线性光耦线性隔离模拟信号应用 1 引言在现代电气测量和控制中常常需要用低压器件去测量、控制高电压、强电流等模拟量如果模拟量与数字量之间没有电气隔离那么高电压、强电流很容易串入低压器件并将其烧毁。线性光耦HCNR200可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离隔离电压峰值达8000V输出跟随输入变化线性度达0.01。 2 HCNR200/201简介 HCNR200型线性光耦的原理如图1所示。它由发光二极管D1、反馈光电二极管D2、输出光电二极管D3组成。当D1通过驱动电流If时发出红外光伺服光通量。该光分别照射在D2、D3上反馈光电二极管吸收D2光通量的一部分从而产生控制电流I1I10.005If。该电流用来调节If以补偿D1的非线性。输出光电二极管D3产生的输出电流I2与D1发出的伺服光通量成线性比例。令伺服电流增益K1I1/If正向增益K2I2/If则传输增益K3K2/K1I2/I1K3的典型值为1。 3 电流检测电路 3.1 光电导模式下的电流检测电路设计 HCNR200工作在光电导模式下的检测电流电路如图2所示信号为正极性输入正极性输出。隔离电路中R1调节初级运算放大器的输入偏置电流的大小C1起反馈作用同时滤除了电路中的毛刺信号避免HCNR200中的铝砷化镓发光二极管LED受到意外的冲击。但是随着频率的提高阻抗将变小HCNR200的初级电流增大增益随之变大因而C1的引入对通道在高频时的增益有一定影响虽然减小C1的值可以拓展带宽但是会影响初级运算放大器的增益同时初级运算放大器输出的较大毛刺信号不易被滤除。R3可以控制LED的发光强度对控制通道增益起一定作用。第 2 页共 4 页 3.2 光电压模式下的电流检测电路设计 HCNR200工作在光电压模式下的检测电流电路如图3所示信号为正极性输入正极性输出。R1、R2、R3、C1的作用与在光电导模式下的作用基本相同。放大器A1调节电流If。当输入电压Vin增加时I1增加同时放大器A1“”输入端电压增加促使电流If增加。由于D1与D2之间的联系I1就会把“”输入端电压重新拉回0V形成负反馈。如果放大器A1的输入电流很小那么流经R1的电流就为Vin/R1I1。显而易见I1与Vin之间是线性比例关系。I1稳定线性变化If也稳定线性变化。因为D3受到D1光照I2也跟着稳定线性变化。放大器A2和电阻R2将I2转化成电压VOutI2×R2。 4 运算放大器的选择 HCNR200/201是电流驱动型器件其LED的工作电流为1mA20mA因此运算放大器A1的驱动电流也必须达到20mA能达到这种输出电流能力的运算放大器输出级一般为双极型因此选双极型运算放大器较合适。同时根据输入电压范围也要求运算放大器有相应的共模输入和输出能力。本设计电路采用单电源供电的HA17324集成运算放大器其输出电流可达40mA。 5 电阻器的选择下面讨论光电导模式下电阻器的选择。 A1组成驱动级的等效电路如图4所示。图中Rf是等效反馈电阻器。该等效电路是典型的同相型放大器故UU且UVin因此VinU。第 3 页共 4 页由图2显而易见 211/RVVIDaf 1 上式中VD1为D1的正向压降。由图4可见 111RVRUIin 2 又因为fII005.01所以由12得 2111/005.0RVVRVDain 即 1211/200RRVVVinDa 令21200RR则 11DinaVVV 所以finfDDinfDaIVIVVVIVVR///11112 3 由图2可得 32RIVout 由图4和2可得 11RIVin 又因为是线性光耦合器模拟信号隔离电路所以令outinVV则 1132RIRI 又因为1/123IIK所以13RR 由于器件参数的离散性I1近似等于0.005IfK3I2/I1?1所以R1、R2、R3尚需在估算值附近调整力求获得最佳线性度。例如在本设计中Vin?0V10VVCC1VCC215V则 5maxmax1110005.020/10005.0//mAVIVIVRfinin 第 4 页共 4 页 51310RR500005.012RR 但经过调节后最佳线性度为220Ω。 6 结论应用线性光耦合器组成的模拟信号隔离电路的线性度好电路简单有效地解决了模拟信号与单片机应用系统的电气隔离问题。若驱动级、缓冲级采用组合型运算放大器可使线性度提高。 HCNR200可以广泛地应用在需要良好稳定性、线性度和带宽的模拟信号隔离场合。采用两片HCNR200可以工作在双极性输入/双极性输出模式同时还可以工作在交直流电路、变换器的隔离、热电偶的隔离、4mA20mA模拟电流环发射/接收等多种模式下可广泛应用在数字通讯、电压电流检测、开关电源、测量和测试工业过程控制等方面。将该器件用于电机电流测量电流反馈准确、可靠在实现电流闭环控制中发挥了作用。参考文献 1 武汉力源电子股份有限公司.HCNR200精密线性光耦合器数据手册 Z1999. 2 童诗白.模拟电子技术M.北京高等教育出版社2001

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